新型电加热型恒温振荡器的设计

2011-01-11易飚

苏州市职业大学学报 2011年2期

易飚

(苏州市职业大学机电工程系，江苏苏州 215104)

在医疗过程中，医生经常需要使用粉状针剂，使用前要在针剂中加入溶剂，通过加热和摇晃，加速针剂的溶解.在化工、生物等领域也经常需要对物料进行加热振荡.目前，同时具备对物料进行加热和振荡功能的设备还很少，且价格昂贵.本设计同时具有加热和振荡功能，具有结构简单、工作可靠、成本低廉的特点，此项装置填补了国内市场空白.该设计中恒温、精确定时的控制部分尤为重要，本文完成了控制电路部分的硬件设计:以AT89C52单片机为核心，LED数码管和按键为人机界面，MAX232为通讯接口，DS18B20为测温传感器，固态继电器控制加热器，电磁继电器控制振荡电机.

1 电加热型恒温振荡器控制电路的硬件设计

1.1 系统电路的结构图

系统结构如图1所示[1].嵌入式系统以嵌入式处理器及其外围硬件设备为基础，软件为灵魂.软硬件的有机组合才能充分发挥嵌入式系统的性能，实现对电气设备的监视、控制与管理.嵌入式系统硬件设计的好坏从根本上决定了嵌入式系统性能优劣，因此，在进行硬件设计时，首先，应该根据设计要求充分评估所设计的嵌入式系统的性能，根据具体实际选择合适的处理芯片以及外围器件，其次还需要搭建合适的硬件电路，保证所选硬件能够发挥最大效能，再次还要进行成本控制，保证良好的性价比.根据系统功能的要求，系统的硬件电路包括:主机、温度检测、温度控制、电机控制、人机对话(键盘/显示/报警)5个主要部分.

AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是一个低电压、高性能CMOS 8位单片机，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元.

1.2 电源电路

电源是控制系统稳定工作的前提.为了减轻装置的重量，本系统采用开关稳压电源的方案.其电源原理图如图2所示[2].

图1 系统的电路结构图

图2 电源原理图

变压器T1副边输出经D5整流，C15两端电压为+12 V，供隔离变压器使用;+12 V电压经过LM2576后，输出电压为5 V，供单片机使用.

1.3 电机驱动电路

振荡器的振荡功能采用直流电机实现，选用功率为35 W，900 r/min的直流电机，电机驱动控制只要控制器通过I/O的高低电平变化，经MOS驱动来控制电机的启动和关闭，控制电路如图3所示.

1.4 温度采样和控制电路

恒温加热功能的控制电路采用固态继电器(solid state relay，SSR)，SSR是一种四端器件: 两端输入，两端输出，之间用光耦合器隔离.

温度信号传感器采用数字温度传感器DS18B20，测温范围为－55 ℃～＋125 ℃，在-10 ℃～+85 ℃时精度为±0.5 ℃，测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力.DS18B20测温系统具有系统简单、精度高、连接方便、占用口线少等优点[3-4].图4为温度采样电路.

图5为单片机I/O口线与固态继电器SSR接口电路.温度传感器检测温度，经放大后进入单片机;单片机将设定的温度值与检测到的实际温度进行比较，并由PID控制算法处理后的误差信号去控制产生具有一定占空比的脉冲，发出脉冲控制信号，经固态继电器控制电热丝的通电，从而控制温度，起到恒温的功能.